¿Qué Son Las Mitocondrias?

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Las mitocondrias son estructuras celulares especializadas que potencian diversas funciones.

Las mitocondrias son estructuras especializadas únicas de las células de animales, plantas y hongos. Sirven como baterías, alimentando diversas funciones de la célula y el organismo en su conjunto. Aunque las mitocondrias son una parte integral de la célula, la evidencia muestra que evolucionaron a partir de bacterias primitivas.

Ocurrencia

Todos los organismos vivos están construidos con un ladrillo fundamental: la célula. En algunos casos, una sola célula constituye un organismo completo. Las células contienen material genético (ADN y ARN) y desempeñan funciones esenciales, como el metabolismo y la síntesis de proteínas. Las células también son capaces de auto-replicarse. Sin embargo, el nivel de organización varía dentro de las células de diferentes organismos. Según estas diferencias, los organismos se dividen en dos grupos: eucariotas y procariotas.

Plantas, animales y hongos son todos eucariotas y tienen células altamente ordenadas. Su material genético está empaquetado en un núcleo central. También tienen componentes celulares especializados llamados orgánulos, cada uno de los cuales ejecuta una tarea específica. Organelos como las mitocondrias, el retículo endoplásmico rugoso y el golgi sirven respectivamente para generar energía, sintetizar proteínas y empaquetar proteínas para el transporte a diferentes partes de la célula y más allá. El núcleo, al igual que la mayoría de los orgánulos eucarióticos, está unido por membranas que regulan la entrada y salida de proteínas, enzimas y otro material celular hacia y desde el orgánulo.

Los procariotas, por otro lado, son organismos unicelulares tales como bacterias y arqueas. Las células procariotas están menos estructuradas que las células eucariotas. No tienen núcleo; en cambio, su material genético está flotando libremente dentro de la célula. También carecen de los muchos orgánulos unidos a la membrana que se encuentran en las células eucariotas. Por lo tanto, los procariotas no tienen mitocondrias.

Las partes de una mitocondria.

Las partes de una mitocondria.

Crédito: CLUSTERX Shutterstock

Estructura

En una revisión de 1981 de la historia de las mitocondrias en el Journal of Cell Biology, los autores Lars Ernster y Gottfried Schatz observan que la primera observación verdadera de las mitocondrias fue realizada por Richard Altmann en 1890. Mientras Altmann los llamaba "bioblastos", su descripción actual, visualmente descriptiva. El nombre fue dado por Carl Benda en 1898, basado en sus observaciones de esperma en desarrollo. "Mitocondria" deriva de dos palabras griegas: "mitos" que significa hilo, y "chondros" que significa gránulo. Según lo descrito por Karen Hales, profesora de biología en Davidson College, en Nature Education, estos orgánulos son dinámicos y se fusionan constantemente para formar cadenas, y luego se separan.

Las mitocondrias individuales tienen forma de cápsula, con una membrana externa y una membrana interna ondulada, que se asemeja a los dedos que sobresalen. Estos pliegues membranosos se llaman crestas y sirven para aumentar el área de superficie total de la membrana. Cuando se compara con las crestas, la membrana externa es más porosa y es menos selectiva sobre los materiales que deja entrar. La matriz es la parte central del orgánulo y está rodeada por las crestas. Contiene enzimas y ADN. Las mitocondrias son diferentes a la mayoría de los orgánulos (con excepción de los cloroplastos de las plantas) en que tienen su propio conjunto de ADN y genes que codifican proteínas.

Las mitocondrias de las plantas fueron observadas por primera vez por Friedrich Meves en 1904, como lo mencionaron Ernster y Schatz (Journal of Cell Biology, 1981). Si bien las mitocondrias de plantas y animales no difieren en su estructura básica, Dan Sloan, profesor asistente de la Universidad de Colorado, dijo que sus genomas son bastante diferentes. Varían en tamaño y estructura.

Según Sloan, los genomas de la mayoría de las plantas con flores tienen un tamaño de aproximadamente 100,000 pares de bases, y pueden ser tan grandes como 10 millones de pares de bases. En contraste, los genomas de mamíferos tienen un tamaño de aproximadamente 15,000 a 16,000 pares de bases. Además, aunque el genoma mitocondrial animal tiene una configuración circular simple, Sloan dijo que el genoma mitocondrial de la planta, aunque representado como circular, podría tomar formas alternativas. "Su estructura real in vivo [dentro de la planta] no se conoce bien. Pueden ser moléculas complejas ramificadas", dijo.

Función

La función principal de las mitocondrias es metabolizar o descomponer los carbohidratos y ácidos grasos para generar energía. Las células eucariotas utilizan energía en forma de una molécula química llamada ATP (adenosina trifosfato).

La generación de ATP ocurre dentro de la matriz mitocondrial, aunque los pasos iniciales del metabolismo de los carbohidratos (glucosa) ocurren fuera del orgánulo. Según Geoffrey Cooper en "The Cell: A Molecular Approach 2nd Ed" (Sinauer Associates, 2000), la glucosa se convierte primero en piruvato y luego se transporta a la matriz. Los ácidos grasos, por otro lado, entran en la mitocondria como es.

ATP se produce a través del curso de tres pasos vinculados. Primero, utilizando las enzimas presentes en la matriz, el piruvato y los ácidos grasos se convierten en una molécula conocida como acetil-CoA. Esto se convierte en el material de partida para una segunda reacción química conocida como el ciclo del ácido cítrico o el ciclo de Krebs. Este paso produce una gran cantidad de dióxido de carbono y dos moléculas adicionales, NADH y FADH.2, que son ricos en electrones. Las dos moléculas se mueven hacia la membrana mitocondrial interna y comienzan el tercer paso: la fosforilación oxidativa. En esta última reacción química, NADH y FADH.2 Dona sus electrones al oxígeno, lo que conduce a condiciones adecuadas para la formación de ATP.

Una función secundaria de las mitocondrias es sintetizar proteínas para su propio uso.Funcionan de forma independiente y ejecutan la transcripción de ADN a ARN y la traducción de ARN a aminoácidos (los componentes básicos de la proteína), sin utilizar ningún componente de la célula. Sin embargo, aquí también hay diferencias dentro de los eucariotas. La secuencia de tres nucleótidos de ADN U-A-G (uracil-adenina-guanina) es una instrucción para que la traducción se detenga en el núcleo eucariota.

Según los autores de "Molecular Cell Biology 4th Ed" (W.H. Freeman, 2000), aunque esta secuencia también detiene la traducción en las mitocondrias de las plantas, codifica el aminoácido triptófano en las mitocondrias de mamíferos, moscas de la fruta y levaduras. Además, las transcripciones de ARN que surgen de genes mitocondriales se procesan de manera diferente en las plantas que en los animales. "Muchas modificaciones deben ocurrir en las mitocondrias de las plantas para que esos genes sean funcionales", dijo Sloan a WordsSideKick.com. Por ejemplo, en plantas, los nucleótidos individuales de las transcripciones de ARN se editan antes de que tenga lugar la traducción o la síntesis de proteínas. Además, los intrones, o porciones de ARN mitocondrial que no llevan instrucciones para la síntesis de proteínas, se eliminan.

Orígenes de las mitocondrias: la teoría del endosimbionte

En su artículo de 1967, "Sobre los orígenes de las células mitosantes", publicado en el Journal of Theological Biology, la científica Lynn Margulis propuso una teoría para explicar cómo se formaron las células eucariotas junto con sus orgánulos. Ella sugirió que las mitocondrias y los cloroplastos de las plantas eran antes células procarióticas de vida libre que fueron ingeridas por una célula huésped eucariótica primitiva.

La hipótesis de Margulis ahora se conoce como la "teoría del endosimbionte". Dennis Searcy, profesor emérito de la Universidad de Massachusetts Amherst, lo explicó de la siguiente manera: "Dos células comenzaron a vivir juntas, intercambiando algún tipo de sustrato o metabolito [producto del metabolismo, como el ATP]. La asociación se convirtió en obligatoria, por lo que ahora, el la célula huésped no puede vivir por separado ".

Incluso en el momento en que Margulis lo propuso, ya existían versiones de la teoría del endosimbionte, algunas de las cuales datan de 1910 y 1915. "Aunque estas ideas no son nuevas, en este documento se sintetizaron de tal manera que son consistentes. "con datos recientes sobre la bioquímica y la citología de orgánulos subcelulares", escribió en su artículo. Según un artículo de 2012 sobre la evolución mitocondrial de Michael Gray en la revista Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, Margulis basó su hipótesis en dos piezas clave de evidencia. Primero, las mitocondrias tienen su propio ADN. En segundo lugar, los orgánulos son capaces de traducir los mensajes codificados en sus genes a proteínas, sin utilizar ninguno de los recursos de la célula eucariota.

La secuenciación del genoma y los análisis del ADN mitocondrial han establecido que Margulis estaba en lo cierto acerca de los orígenes de las mitocondrias. El linaje del orgánulo se remonta a un ancestro bacteriano primitivo conocido como alfaproteobacteria (α-proteobacteria).

A pesar de la confirmación de la herencia bacteriana de las mitocondrias, la teoría del endosimbionte continúa investigándose. "Una de las preguntas más importantes en este momento es: '¿Quién es la célula anfitriona?'", Dijo Sloan a WordsSideKick.com. Como señaló Gray en su artículo, las preguntas que persisten son si las mitocondrias se originaron después de que surgiera la célula eucariótica (como se hipotetiza en la teoría del endosimbionte) o si las mitocondrias y la célula huésped emergieron juntas al mismo tiempo.

Recursos adicionales

  • National Institutes of Health Genetics Inicio Referencia: Mitocondria
  • Sociedad Británica de Biología Celular: Mitocondria - Mucho más que un convertidor de energía
  • Fundación Nacional de Ciencia: Charla de tiza sobre las mitocondrias

Suplemento De Vídeo: Las mitocondrias - Biología - Educatina.




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